JP2010182549A - 走査形電子顕微鏡及びその画像保存フォーマットと画像再編集方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、複数の検出器を用いた走査形電子顕微鏡において、画像の再編集において、同じ検出取得情報から、ノイズを低減させつつ、試料情報のコントラスト強化，経時変化情報を取得できる電子顕微鏡とその画像保存方式および再編集方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、電子源と、電子源から放出された一次電子線を収束レンズで収束して試料に照射し、前記照射によって得られる電子を検出する検出器と、当該検出器からの出力に基づいて試料像を形成する走査電子顕微鏡において、前記電子線の照射位置ごとに、前記検出器で検出された信号情報を取得し、前記信号情報を走査位置情報，走査回数情報と関連付けて保存し、当該保存された信号情報を演算して、試料像を作成することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は電子線装置に関し、特に、時系列的に取得された複数検出器の画像データを関連付けて保存する走査形電子顕微鏡とその画像保存フォーマットおよび画像再編集方法に関する。

従来から走査形電子顕微鏡には複数の検出器が具備されている。蛍光体と光電子増倍管の組み合わせ、前記組み合わせにおいて蛍光体前面に高電圧を印加したＥ−Ｔ（Everhart-Thornley）検出器，蛍光体とＣＣＤや位置検出型のダイオードの組み合わせ、半導体検出器，マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）などが主に具備されている検出器である。

これら検出器の出力は、従来の走査形電子顕微鏡では１枚分の画像情報を１つのデータとしてまとめ、格納している。走査位置（ｘ，ｙ）に対して各画素の信号強度を明るさとしてを記録するといった形態である。また、加速電圧や試料高さ（Working Distance，ＷＤ）が付記され、さらに複数の検出器を持つ電子顕微鏡であれば検出器名などが画像に付記されている。さらに、複数の検出器の出力を加減算して画像を作成し出力することも行われている。

特許文献１には、ＥＸＢ（直交電磁界装置）を用いて二次電子と反射電子を異なる角度に偏向し、二次電子と反射電子を分離して同時に検出する走査形電子線顕微鏡が開示されている。

特許文献２には、検出面を複数領域に分割した反射電子検出器を用いた走査形電子顕微鏡が開示されている。当該明細書には同一円周上の検出面における信号を加算することで組成像が、左右の検出面における信号を減算することで凹凸像が得られることが記載されている。

特許文献３には、透過電子の散乱状況を撮像装置で取得し、領域を選択してその出力を合算し走査像を構成する電子顕微鏡が開示されている。

特許文献４には、透過電子検出器の位置を変更することで検出角度範囲を変更して走査像を構成する電子顕微鏡が開示されている。

特許文献５には、加速電圧を変えて複数の画像を取得し、それらの画像の比較により試料表面の構造物と埋没している構造物との距離を測長する走査形電子顕微鏡が開示されている。

このように走査形電子顕微鏡では従来から、複数の検出器の出力を同時に取り込むこと、また複数の検出器の出力を加減算処理して画像（画素のｘ，ｙと明るさ）として出力することが行われている。

一方、時系列的な画像の保存は非常に古くから行われている。一例としては、特許文献６に透過形電子顕微鏡には蛍光板とそれを撮影するビデオカメラが具備されており、蛍光板画像を録画保存する形態がとられている旨の記載が従来技術の項にある。

また、走査形電子顕微鏡での状況については、特許文献７にＳＥＭ画像を外部出力端子を経由してビデオ映像として保存する従来技術について記載がある。

これらの文献に開示された技術によれば、複数の検出器の出力を同時に取り込むこと、また複数の検出器の出力を加減算処理して画像を出力することができる。また、時系列的な画像の取得・保存ができる。

特許３２９１８８０号公報 特開平７−６５７７５号公報 特公昭５３−２９４７２号公報 特許３７７６８８７号公報 特開２００６−１３８８５６号公報 特開昭６２−２７１３３６号公報 特開昭６０−１７７５４０号公報

上記のような従来技術では、画像の保存方式が複数検出器で時間的な前後関係なく保存するか、単一検出器で時系列的に保存するかのいずれかであった。このため、画像の再編集において、同じ検出取得情報から、ノイズを低減させつつ、試料情報のコントラスト強化，経時変化情報を取得することは困難であった。

画像の保存形式，再編集方法と再編集結果についての詳細は表１にまとめた。このような背反関係があるため、電子線照射による試料の変質がある場合や温度，応力などによる変化のその場観察の場合などは、同一視野において必要な画像を得られず類似の視野における観察結果から状況を類推する必要があるという問題があった。

本発明の目的は、複数の検出器を用いた走査形電子顕微鏡において、画像の再編集において、同じ検出取得情報から、ノイズを低減させつつ、試料情報のコントラスト強化，経時変化情報を取得できる電子顕微鏡とその画像保存方式および再編集方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、電子源と、電子源から放出された一次電子線を収束レンズで収束して試料に照射し、前記照射によって得られる電子を検出する検出器と、当該検出器からの出力に基づいて試料像を形成する走査電子顕微鏡において、前記電子線の照射位置ごとに、前記検出器で検出された信号情報を取得し、前記信号情報を走査位置情報，走査回数情報と関連付けて保存し、当該保存された信号情報を演算して、試料像を作成することを特徴とする。

時間変化を表す試料像を得る場合は、同一の走査回数を有する複数の信号情報を用いて、走査回数ごとの試料像を作成し、当該試料像を比較して試料の時間変化の情報を取得する。

また、コントラストの大きい試料像を得る場合は、同一の走査位置情報を有する複数の信号を加算して、走査位置ごとに加算された信号を用いて試料像を作成することを特徴とする。特に、信号は走査位置ごとに変化の大きい領域を選択する。

再編集の際、検出器範囲を広く時間範囲を狭く取ることにより時間変化を表す走査像（群）を、検出器範囲を狭く時間範囲を広く取ることにより試料情報の差を表す走査像（群）をそれぞれ良好なＳ／Ｎ比で得ることができる。

本発明によれば一連の走査の出力を用いて、時間変化を表す走査像（群）と試料情報の差を表す走査像（群）の両方を得られるため、電子線照射による試料の変質がある場合や温度，応力などによる変化のその場観察の場合にも良好な画像（群）を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態で説明する全体構成図。 本発明における検出結果保存フォーマットを説明する図。 本発明における検出結果保存フォーマットを説明する図。 本発明におけるデータ再編集の動作を説明する図。 本発明におけるデータ再編集の動作を説明する図。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例の概略図である。陰極１と第一陽極２に印加される電圧Ｖ１によって陰極１から放出された一次電子線３は第二陰極４に印加される電圧Ｖaccにより加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。加速電圧ＶaccおよびＶ１は、高電圧制御回路３０で制御されている。一次電子線３は第一集束レンズ制御回路３２で制御された第一集束レンズ５で収束される。

ここで一次電子線３は対物レンズ絞り６で電子線の試料照射電流が制限されるが、電子線の中心を対物レンズ絞り６の孔中心へ通過させるために、図示しない電子線中心軸調整用アライナーと、対物レンズ絞り６上で電子線を走査するための電子線中心調整用偏向器が設けられている。さらに一次電子線３は第二集束レンズ制御回路３３で制御される第二収束レンズ９で再び収束され、対物レンズ制御回路３５によって制御される対物レンズ１０によって試料１１に細く絞られ、さらに偏向制御回路３４が接続された上段偏向コイル１２および下段偏向コイル１３で試料１１上を二次元的に走査される。

一次電子線３の走査動作は装置全体を制御するコンピュータ４４が各種制御回路３０〜３７を経由して制御している。

試料１１の厚みが充分薄ければ、一次電子線照射点の裏面近傍からは、透過電子１９が放出される。透過電子１９は試料内での散乱による広がりを有しており、試料から距離が離れるにしたがって大きい径を持つようになる。

試料台１８下方にはＣＣＤ検出器２０が設置してある。透過電子１９は試料内における散乱角度情報をＣＣＤ検出器２０への衝突位置に反映させながら衝突する。ＣＣＤ検出器２０はマトリクスに整列した複数の検出部群からなり、ＣＣＤコントローラ２２によって制御される。ＣＣＤ検出器２０の検出信号はＣＣＤコントローラ２２によって順次読み出され、増幅器２１で増幅された後コンピュータ４４内の内部メモリ４２に格納される。コンピュータ４４には、他にも表示装置３８と、表示装置３８上に表示された観察画面を画像情報として取得するための画像取得手段３９と、画像処理手段４０と、これら観察画像に対して種々の計算をするための計算手段４１と、観察画像や計算結果を保存するための内部メモリ４２と、観察条件などを入力するための入力手段４３が接続されている。

ＣＣＤ検出器２０の検出信号は増幅された後、特段の指定がないときはＣＣＤ検出器２０内のあらかじめ装置に設定してある領域の検出信号を合算した上で表示装置３８の画面に試料の拡大像として表示される。

内部メモリ４２へのＣＣＤ検出器２０の検出信号の保存に際しては、走査位置情報，検出器情報，走査回数情報，信号強度情報を関連付けて格納する。すなわち、図２のように、ＣＣＤ検出器２０上の像（ＣＣＤ画像）を走査位置ごとに保存し、一連のＣＣＤ画像と走査画素数，走査画素ピッチ，走査回数情報などを付記情報として保存する。図３のように、検出器ごとに走査像を作成し、検出器名，走査回数情報を付記して走査像群として保存してもよい。

次に図４を用いて、検出データの再編集の動作を説明する。一連のＣＣＤ画像と走査画素数，走査画素ピッチ，走査回数情報などを含む図２で説明した保存形式の走査電子顕微鏡出力を、経時変化の観察を目的に再編集する。

入力手段４３から編集対象となるデータセットの名称と、ＣＣＤ画像加算領域５０、それから信号加算枚数として「１枚」を入力する。ＣＣＤ画像加算領域５０は充分な信号強度が取れるように比較的広く取るのが一般的に望ましい。

内部メモリ４２から読み出したＣＣＤ画像１枚ごとに画像加算領域５０内の信号を合算する。内部メモリ４２に保存されている走査画素数，走査画素ピッチから当該ＣＣＤ画像を取得した際の走査位置を算出し、算出走査位置の信号出力として当該ＣＣＤ画像における画像加算領域５０内の信号合算値を出力する。この動作を繰り返し、走査１回ごとに再編集出力画像５１を１枚を得る。これを保存されている走査回数だけ繰り返し、走査回数分の再編集出力画像５１を得る。本画像群は入力手段４３の操作により内部メモリ４２に別途保存可能である。この再編集出力画像群を比較することにより、試料の経時変化を観察することができる。

このとき、再編集出力画像群にはＣＣＤ画像内の個々の座標情報が欠落することになるが、代わりに画像加算領域５０の情報を付記して保存する。画像加算領域５０を広く取ることにより加算枚数が少ない事による信号劣化をカバーでき、ノイズの抑制と時間分解能の向上を両立した観察画像群が得られる。

検出データの再編集の動作についての実施例について、図５を用いて説明する。一連のＣＣＤ画像と走査画素数，走査画素ピッチ，走査回数情報などを含む図２で説明した保存形式の走査電子顕微鏡出力を、試料情報のコントラスト向上を目的に再編集する。入力手段４３から編集対象となるデータセットの名称と、ＣＣＤ画像加算領域５２、それから信号加算回数として「全数」を入力する。内部メモリ４２に保存されている走査画素数，走査画素ピッチから当該ＣＣＤ画像を取得した際の走査位置を算出し、同一走査位置でのＣＣＤ画像を全て抽出する。抽出した各画像での画像加算領域５２内の出力を全て合算する。算出走査位置の信号出力として抽出した全ＣＣＤ画像における画像加算領域５２内の信号合算値を出力する。

コントラストの試料像を取得するために、例えば、走査位置ごとの信号を比較し、信号変化の大きい領域を選択する。

この動作を各走査位置に対して繰り返し、再編集画像１枚を得る。本画像群は入力手段４３の操作により内部メモリ４２に別途保存可能である。このとき、再編集画像には走査時間（あるいは走査回次）の情報が欠落することになるが、代わりに画像加算領域５２の情報と加算回数情報を付記して保存する。画像加算領域５２を複数指定し、再編集画像群として保存することもできる。加算枚数を多く取ることにより画像加算領域５２が狭いことによる信号劣化をカバーでき、ノイズの抑制と信号情報分解能の向上を両立した観察画像群が得られる。

図４，図５で説明した例の中間をとり、やや広めの信号加算領域と全数より少ない加算枚数で再編集を行うことも当然可能である。走査電子顕微鏡ユーザーはその観察目的にあわせて信号加算領域と加算枚数を任意に入力できる。

また図３で説明したフォーマットでデータセットが保存されている場合も、上記再編集動作においてＣＣＤ検出器２０の各画素が単一検出器として扱われているものとして、同様に信号加算領域と加算枚数を入力し、再編集した観察画像群を得ることが可能である。

このように、走査位置ごとに信号を記録しておき、各走査位置での信号が選択的に処理できるように保存しておくことにより、一度情報を取得しておけば、後に画像の演算により、ノイズを低減しつつ、試料情報のコントラストを強化した画像や経時変化した画像を取得することができる。つまり、目的に応じて何度も試料を走査することなく、演算によって目的とする画像を取得することが可能であり、試料ダメージを低減する上でも大変効果が大きい。

本例では透過電子検出器がＣＣＤで構成されている場合について説明したが、透過電子検出のみならず反射電子，二次電子の弁別検出にも適用可能である。

またＣＣＤ検出器のみならず、走査位置ごとに信号を記録しておき、且つ走査位置ごとに記録した信号が、選択的に処理できるように、例えば２次元的に記録できるような検出器であれば構わない。

また、複数の検出器を具備し同時に複数の出力を得られる走査形電子顕微鏡においても本発明を構成でき、本発明のデータセット保存，再編集動作により得られる効果も本例と同様である。

信号軌道を分離する手法としては、特許文献１などに記したものが例として挙げられる。従来考案されている全ての技術に本発明が適用できる。

１ 陰極
２ 第一陽極
３ 一次電子線
４ 第二陰極
５ 第一集束レンズ
６ 対物レンズ絞り
７ 電子線中心軸調整用アライナー
８ 電子線中心調整用偏向器
９ 第二収束レンズ
１０ 対物レンズ
１１ 試料
１２ 上段偏向コイル
１３ 下段偏向コイル
１４ 信号電子
１５ 直交電磁界（ＥＸＢ）装置
１６ 検出器
１７，２１ 増幅器
１８ 試料台
１９ 透過電子
２０ ＣＣＤ検出器
２２ ＣＣＤコントローラ
３０ 高電圧制御回路
３１ アライナー制御回路
３２ 第一集束レンズ制御回路
３３ 第二集束レンズ制御回路
３４ 偏向制御回路
３５ 対物レンズ制御回路
３６ 検出信号制御回路
３７ 試料微動制御回路
３８ 表示装置
３９ 画像取得手段
４０ 画像処理手段
４１ 計算手段
４２ 内部メモリ
４３ 入力手段
４４ コンピュータ
５０，５２ 画像加算領域
５１，５３ 再編集出力画像

Claims (5)

1. 電子源と、電子源から放出された一次電子線を収束レンズで収束して試料に照射し、前記照射によって得られる電子を検出する検出器と、
   当該検出器からの出力に基づいて試料像を形成する走査電子顕微鏡において、
   前記電子線の照射位置ごとに、前記検出器で検出された信号情報を取得し、
   前記信号情報を走査位置情報，走査回数情報と関連付けて保存し、当該保存された信号情報を演算して、試料像を作成することを特徴とした走査電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   同一の走査回数を有する複数の信号情報を用いて、走査回数ごとの試料像を作成し、当該試料像を比較して試料の時間変化の情報を取得することを特徴とする走査電子顕微鏡。
3. 請求項１において、
   同一の走査位置情報を有する複数の信号を加算して、走査位置ごとに加算された信号を用いて試料像を作成することを特徴とする走査電子顕微鏡。
4. 請求項３において、
   前記信号情報のうち、走査位置ごとに変化の大きい領域を選択して加算することを特徴とする走査電子顕微鏡。
5. 一次電子線を試料に照射し、当該照射位置から放出される電子を用いて試料像を作成する試料像作成方法において、
   前記電子線の照射位置ごとに、前記検出器で検出された信号情報を取得し、
   前記信号情報を走査位置情報，走査回数情報と関連付けて保存し、当該保存された信号情報を演算して、試料像を作成することを特徴とした試料像作成方法。

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